JP5101538B2

JP5101538B2 - 圧電発振器

Info

Publication number: JP5101538B2
Application number: JP2009020113A
Authority: JP
Inventors: 慎司樋之口
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: JP2010178171A

Description

本発明は、電子機器に用いられる圧電発振器に関するものである。

従来、携帯用通信機器等の電子機器には、電子部品の一つである圧電発振器が搭載される。圧電発振器の一例として水晶発振器がある。この水晶発振器は、例えば基準信号発生源又は、クロック信号発生源などとして用いられている。

従来の圧電発振器５００は、図４に示すように、圧電振動素子５２０と、発振回路および温度補償回路を構成する集積回路素子５３０と、複数の絶縁層からなる積層体であって一方の主面に前記圧電振動素子５２０を収容するための第１のキャビティー部５１１を備えると共に他方の主面に前記集積回路素子５３０を収容するための第２のキャビティー部５１２（図５参照）を備える略矩形状の基板体５１０と、前記第１のキャビティー部５１１を気密封止するための蓋体５４０と、を備えている。
この圧電発振器５００は、前記第１のキャビティー部５１１の内底面に形成した圧電振動素子接続用電極パッド５１３に導電性接着剤（図示せず）を介して前記圧電振動素子５２０の一方端部で片持ち支持すると共に電気的な接続をした上で前記蓋体５４０により第１のキャビティー部５１１を気密封止し、前記第２のキャビティー部５１２（図５参照）の内底面（天井面）にバンプ（図示せず）を介して前記集積回路素子５３０をフリップチップ実装した構造を有する。

また、前記第２のキャビティー部５１２には、図５に示すように、前記基板体５１０の辺部夫々の隅部に配設する外部接続用電極端子５１５と、前記圧電振動素子５２０と電気的に接続するモニター端子５１８ａ及び５１８ｂが配置されている。また、モニター端子５１８ａ、ｂの周囲には、前記集積回路素子５３０を搭載するための集積回路素子搭載パッド５１４が配置されている。また、前記集積回路素子搭載パッド５１４のうちの２つは、前記圧電振動素子５２０に電気的に接続されており、これを水晶端子と呼んでいる。また、前記水晶端子と前記モニター端子５１８ａ、５１８ｂは、通常前記基板体５１０の内部配線で電気的に接続されている。よって、前記モニター端子５１８ａ、５１８ｂは、前記水晶端子を介して前記圧電振動素子５２０と電気的に接続されている。また、従来の圧電発振器５００では、図５に示すように集積回路素子搭載パッド５１４の所定の２つの水晶端子と、モニター端子５１８ａ、５１８ｂとが別個に設けられている。従来の集積回路素子搭載パッド５１４は、例えば図５の紙面に対して横方向に５個、縦方向に２個の合計１０個配置されている。これを行列的に説明すると、２行５列の配列になっており、モニター端子５１８ａ、５１８ｂは、集積回路素子搭載パッド５１４の行間に設けられていた。また、前記第２のキャビティー部５１２に搭載される集積回路素子５３０は、主に発振回路を駆動する際の消費電流により発熱が起こる。

特開２００３−１６３５４０号公報

しかしながら、従来の圧電発振器５００においては、図５に示すように、集積回路素子５３０搭載面である第２のキャビティー部５１２が集積回路素子５３０の発熱により温度上昇が起こる。この第２のキャビティー部５１２に搭載された集積回路素子５３０の発熱による温度上昇は、第１のキャビティー部５１１に搭載された圧電振動素子５２０にも伝わる。その結果、第１のキャビティー部５１１も温度上昇するが、第１のキャビティー部５１１と第２のキャビティー部５１２とで温度上昇する温度に差が生じるため、圧電振動素子５２０の感知する温度と集積回路素子５３０内の温度センサの感知する温度に差が生じ、圧電発振器の発振周波数が所望の周波数からずれるという問題があった。

そこで本発明では、前記した問題を解決し、集積回路素子の発熱による温度上昇を抑えることで、発振周波数のずれを抑えることが可能な圧電発振器を提供することを目的とする。

本発明に係る圧電発振器は、基板体と、前記基板体の一方の主面に設けられている第１のキャビティー部に配置される圧電振動素子と、前記基板体の他方の主面に設けられている第２のキャビティー部に配置される集積回路素子と、前記基板体の一方の主面に設けられている第１のキャビティー部を気密封止する蓋体と、前記基板体の他方の主面に設けられている第２のキャビティー部に形成される複数の集積回路素子搭載パッドとを備え、すべての前記集積回路素子搭載パッドは、前記集積回路素子における前記基板体の他方の主面に対向する面と対向する部分を有しており、前記集積回路素子は、すべての前記集積回路素子搭載パッドにおける前記集積回路素子の前記基板体の他方の主面に対向する面と対向する部分に、バンプを介して搭載されており、前記基板体の他方の主面に設けられている複数の集積回路素子搭載パッドの総面積が前記集積回路素子の面積以上であることを特徴とする。

このように本発明に係る圧電発振器では、複数の集積回路素子搭載パッドの総面積を集積回路素子の面積以上としたことから、集積回路素子５３０搭載面である第２のキャビティー部５１２の集積回路素子５３０の発熱による温度上昇を抑え、その結果、第１のキャビティー部に搭載された圧電振動素子と、第２のキャビティー部に搭載された集積回路素子の温度差を小さくでき、発振周波数の安定した圧電発振器を得ることが可能となる。

本発明の実施形態を示す圧電発振器の概略断面図である。本発明の圧電発振器を外部接続用電極端子側から示した概念図である。図２の圧電発振器の集積回路素子搭載前の状態を示す概念図である。従来の圧電発振器の一形態を示す分解斜視図である。従来の圧電発振器の集積回路素子搭載前の状態を示す概念図である。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態を示す圧電発振器の概略断面図である。図２は圧電発振器を外部接続用電極端子側から示した概念図である。図３は図２の圧電発振器の集積回路素子搭載前の状態を示す概念図である。尚、各図では、説明を明りょうにするため構成要素の一部を図示せず、また図示した構成要素の寸法も一部誇張して示している。

図１及び図２に示すように本発明の圧電発振器１００は、基板体１１０、圧電振動素子１２０、集積回路素子１３０、蓋体１４０により主に構成されている。基板体１１０は、基板部１１０ａ、第１の枠部１１０ｂ及び第２の枠部１１０ｃにより構成されている。平面視矩形状の基板部１１０ａの一方の主面上に第１の枠部１１０ｂが設けられ、他方の主面上に第２の枠部１１０ｃが設けられることにより構成される。これにより、基板部１１０ａの一方の主面上には第１のキャビティー部１１１が形成され、他方の主面上には第２のキャビティー部１１２が形成される。尚、この基板体１１０が構成される基板部１１０ａ、第１の枠部１１０ｂ及び第２の枠部１１０ｃは、例えば、ガラス−セラミック、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成る。

また、図１〜図３に示すように、第１のキャビティー部１１１が形成された基板部１１０ａの一方の主面上には、２個一対の圧電振動素子接続用電極パッド１１３が設けられている。また、第２のキャビティー部１１２が形成された基板部１１０ａの他方の主面上には、例えば６個の集積回路素子搭載パッド１１４が設けられている。この集積回路素子搭載パッド１１４は、集積回路素子１３０からの発熱を放熱するために用いられ、この６個の集積回路素子搭載パッド１１４の総面積が、第２のキャビティー部１１２に搭載された集積回路素子１３０の面積以上となっている。尚、本発明においては、集積回路素子搭載パッド１１４のうちの所定の２つは、圧電振動素子１２０と電気的に接続された水晶端子となっており、また、前記水晶端子が圧電振動素子１２０の電気特性を検査するモニター端子としても使える構造となっている。

また、第２のキャビティー部１１２を形成する第２の枠部１１０ｃの四隅部には、圧電発振器１００を実装する際に外部実装基板と導通固着する外部接続用電極端子１１５が設けられている。

圧電振動素子１２０は、第１のキャビティー部１１１に配置され、平面視矩形状の圧電素板と、その圧電素板の両主面中央部に設けられた励振用電極（図示せず）と、その励振用電極から圧電素板の一方の短辺端部にまで延設された引出電極（図示せず）とにより主に構成されている。このような構成の圧電振動素子１２０は、図１に示すように引出電極と圧電振動素子接続用電極パッド１１３とを、導電性接着剤１２１により導通固着することにより第１のキャビティー部１１１内に搭載されている。

蓋体１４０は、例えば４２アロイ、コバール又はリン青銅等の金属から成る平板であり、第１の枠部１１０ｂの頂面上に第１のキャビティー部１１１を覆う形態で配置し、第１の枠部１１０ｂに接合されている。この蓋体１４０により第１のキャビティー部１１１内は気密封止されている。

また、集積回路素子１３０は、第２のキャビティー部１１２に配置され、第２のキャビティー部１１２が形成された基板部１１０ａの他方の主面上に形成された６個の集積回路素子搭載パッド１１４上に、金または半田等から成るバンプ１３１を介して搭載されている。尚、集積回路素子搭載パッド１１４は、第２の枠部１１０ｃに対し、例えば図３の紙面に対して横方向に３個、縦方向に２個の合計６個が配置されている。これを行列的に説明すると、２行３列の配列になっている。この集積回路素子１３０内には、発振回路や温度補償回路等により構成される電子回路が設けられている。この電子回路は、圧電振動素子１２０及び第２の枠部１１０ｃの四隅部に形成された外部接続用電極端子１１５と電気的に接続されている。

ここで本発明における圧電発振器においては、図２、図３において、６個の集積回路素子搭載パッド１１４の総面積Ｓは、以下の式１に示すように表される。
Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４＋Ｓ５＋Ｓ６・・・（式１）
この６個の集積回路素子搭載パッド１１４の総面積Ｓは、第２のキャビティー部１１２に搭載された集積回路素子１３０の面積以上となっている。即ち、集積回路素子１３０の横寸法をＡ、縦寸法をＢとすると、６個の集積回路素子搭載パッドの総面積Ｓは、Ｓ≧Ａ×Ｂの関係となっている。
このようにＳ１〜Ｓ６の６個の集積回路素子搭載パッド１１４の総面積Ｓが集積回路素子１３０の平面の面積Ａ×Ｂより大きくすることにより、集積回路素子１３０からの発熱を、集積回路素子１３０に接続されるバンプ１３１を介して集積回路素子搭載パッド１１４へ伝熱され、外部へ放熱することが可能となる。
集積回路素子１３０の面積Ａ×Ｂを具体的に示すと、例えば、圧電発振器の外形寸法が、縦１．６ｍｍ、横２．０ｍｍの場合において、Ａ＝１．２ｍｍ、Ｂ＝０．９５ｍｍ程度となっている。このような圧電発振器において、集積回路素子１３０の発熱による温度上昇を抑えるための集積回路素子搭載パッド１１４の総面積Ｓは、Ｓ≧Ａ×Ｂ＝１．２×０．９５＝１．１４ｍｍ^２の関係となっている。また、集積回路素子搭載パッド１１４の総面積Ｓが大きいほど、集積回路素子１３０の発熱の伝熱面積が大きくなり放熱効果を高めることができる。

また、上述の図２、図３は、６個の集積回路素子搭載パッド１１４を行列的に説明すると、１行に３個ずつ配置された構造である。これに限定されず、集積回路素子搭載パッド１１４を行列的に説明すると、１行に４個ずつ８個配置された構造や、１行に５個ずつ１０個配置された構造、または１０個以上配置された構造も、上記と同様に本発明を適用できる。

このように本発明に係る圧電発振器１００を構成したので、集積回路素子１３０の発熱をバンプ１３１を介して集積回路素子搭載パッド１１４へ伝熱され、外部へ放熱することができる。その結果、集積回路素子１３０の発熱による温度上昇を抑えることができる。これにより、集積回路素子１３０の温度センサが感知する温度と、圧電振動素子１２０が感知する温度との温度差を小さくでき、発振周波数の安定した圧電発振器を実現できる。

なお、前記した実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態に示した圧電発振器では、内部に搭載する圧電振動素子として、平面視矩形状の圧電素板の表面に励振用電極や、引出電極を設けた形態の圧電振動素子を示したが、これに限定することなく、例えば、平面視形状が円形や、音叉形の圧電素板に各種電極を設けた形態の圧電振動素子でもよく、又圧電振動素子に変えて弾性表面波素子を用いても構わない。

１００・・・圧電発振器
１１０・・・基板体
１１０ａ・・・基板部
１１０ｂ・・・第１の枠部
１１０ｃ・・・第２の枠部
１１１・・・第１のキャビティー部
１１２・・・第２のキャビティー部
１１３・・・圧電振動素子接続用電極パッド
１１４・・・集積回路素子搭載パッド
１１５・・・外部接続用電極端子
１２０・・・圧電振動素子
１２１・・・導電性接着剤
１３０・・・集積回路素子
１３１・・・バンプ
１４０・・・蓋体
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６・・・集積回路素子搭載パッドの面積

Claims

基板体と、
前記基板体の一方の主面に設けられている第１のキャビティー部に配置される圧電振動素子と、
前記基板体の他方の主面に設けられている第２のキャビティー部に配置される集積回路素子と、
前記基板体の一方の主面に設けられている第１のキャビティー部を気密封止する蓋体と、
前記基板体の他方の主面に設けられている第２のキャビティー部に形成される複数の集積回路素子搭載パッドとを備え、
すべての前記集積回路素子搭載パッドは、前記集積回路素子における前記基板体の他方の主面に対向する面と対向する部分を有しており、
前記集積回路素子は、すべての前記集積回路素子搭載パッドにおける前記集積回路素子の前記基板体の他方の主面に対向する面と対向する部分に、バンプを介して搭載されており、
前記基板体の他方の主面に設けられている複数の集積回路素子搭載パッドの総面積が前記集積回路素子の面積以上であることを特徴とする圧電発振器。